风电并网技术规定讲座

讲座人：李冰寒风电并网技术规定讲座２００９年１2月讲座内容2风机主要类型及制造水平概况31全国及陕西风电发展概况4接入系统设计及内容深度规定风电场接入电网技术规定全国及陕西风电发展概况我国风电资源分布2020/1/184截至2008年底，我国风电机组吊装容量达到1217万kW，居世界第四位，其中并网风电容量894万kW。预计我国2020年风电装机容量将达到或超过1.5亿千瓦，在风能资源丰富地区将建设7个千万千瓦级风电基地。2020/1/1852020/1/186甘肃技术可开发量4000万kW宁夏技术可开发量356万kW新疆风能储量全国第二,技术可开发量2.34亿kW陕西技术可开发量70万kW2009年7月底西北电网风电装机水平及发电量情况2020/1/187西北甘肃新疆宁夏陕西青海风电装机容量（万千瓦）170.2263.9649.0338.520.5-----占全网电源中装机容量比例（%）2.634.06.574.360.02-----09年1-7月风电发电量（亿千瓦时）19.936.469.134.220.11-----08年风电发电量（亿千瓦时）20.846.338.06.280.24-----陕西甘肃青海宁夏新疆总计2010年552551031648022015年151336502155802196西北地区风电开发设想单位：万kW陕西平均风速分布色斑图2020/1/188陕西风电资源分布排序风电场名称及装机容量2008年现状2010年2020年近期开发定边周台子风电场累计容量100100靖边烟墩山风电场累计容量5070远期开发神木中鸡风电场累计容量50定边黄儿庄风电场累计容量50定边董新庄风电场累计容量50靖边草山梁风电场累计容量30靖边黄蒿塘风电场累计容量50旬邑风电场累计容量100淳化风电场累计容量100渭南三河口风电场累计容量100风机主要类型及制造水平概况风力发电机组目前大型风力发电机组一般有两种类型。一种是采用异步电机的固定转速风电机组，另一种是采用双馈电机或通过变频器并网的变速风电机组。固定转速风电机组发出有功的同时吸收无功功率，不具备调压能力；通过变频器并网的变速风电机组不具备发无功能力，但通过调节变频器补偿设备，可以使并网时功率因数达到很高水平。变速恒频风电机组具备调压能力，在发出有功功率的同时可以发出无功功率，并可根据系统需要在一定范围内调节无功输出，但从目前国内安装的变速恒频风电机组情况来看，大部分没有应用调压功能，运行中保持机端功率因数为1.0。2020/1/18112020/1/1812不同类型的风机水平轴风机垂直轴风机永磁直驱型风机固定转速风力发电机组2020/1/1813变速双馈风力发电机组2020/1/1814变速直驱风力发电机组2020/1/1815双馈机型的优、缺点优点：•气动效率高，机械应力小，功率波动小•功率变换设备成本低缺点：•电机滑环、齿轮箱等设备维护量大直驱型机组优、缺点优点：•不需要齿轮箱，维护量小•永磁同步机组效率高缺点：•全功率变流器，成本高2020/1/1816我国风机制造水平我国自主制造的600kW、750kW和1MW、1.5MW、2MW风电机组分别于1997年、2003年、2005年和2006投入运行。1.5MW单机容量的变浆变速风电机组成为近期市场主流机。2007年，国内企业推出2MW的风电机组样机，2008年开始研制3MW及以上的风电机组。我国研制和生产兆瓦级的风电机组企业大约有50多家，其中国有企业27家，民营企业23家，合资企业8家。已具备大批量生产能力的国有整机制造商只有5家厂商的8个机型，除金风公司变桨变速（直驱）1500Kw/70m/77m风电机组是通过消化吸收自主设计生产之外，其他均为购买技术许可证或引进国外技术生产，没有自主知识产权。其他制造商的产品均处于引进、研发、试制样机或小批量生产阶段。2020/1/1817现已大批量生产的国有风电机组制造企业基本情况一览表制造企业名称机型主要技术参数技术来源产品进展华锐风电科技有限公司变桨变速1500Kw/70m/77m技术许可证已大批量生产东方汽轮机有限公司变桨变速1500Kw/70m/77m技术许可证已大批量生产新疆金风科技股份有限公司定桨定速600Kw/43m技术许可证已大批量生产定桨定速750(800)kW/48m/50m技术许可证已大批量生产变桨变速（直驱）1500kW/70m/77m消化吸收已大批量生产浙江运达风力发电工程有限公司定桨定速750kW/49m技术许可证已大批量生产变桨定速（主动失速）800kW/54m引进技术已大批量生产变桨变速1500Kw/70m/77m自主设计样机并网运行保定惠德风电工程有限公司定桨定速1000kW/55m技术许可证已大批量生产变桨变速2000Kw/93m引进德国WRE技术正在引进上海电气风电设备有限公司变桨变速1250Kw/62m/64m技术许可证已大批量生产变桨变速2000Kw/87m/93m与Aerodyn联合设计正在试制样机2020/1/1818风电机组选型建议考虑到风电场应具有有功输出调节能力等要求，兼顾国际风电技术水平不断提升的状况。建议：风电机组宜选择变桨变速恒频风电机组,推荐选用兆瓦级永磁直驱同步、半直驱或双馈异步机组，从技术方面考虑容量较小的永磁直驱同步、半直驱或双馈异步机组也可以使用；原则上新建项目不允许采用固定转速风电机组。风电场接入电网技术规定风电场技术规定内容风电场有功功率风电场无功功率风电场电压风电场运行频率风电场模型和参数风电场通信和信号风电场功率预测风电场电压风电场低电压穿越风电场接入电网测试风电场电能质量1范围本技术规定主要目的是为了弥补大规模风电接入系统技术规范缺失的矛盾，规范我国大规模风电并网的技术管理。我国现有风电容量在电源中的比例达到一定规模，本技术规定主要针对接入110kV（66kV）及以上电压等级的风电场。对于目前尚不具备低电压穿越能力等技术要求且已投运的风电场，应根据实际情况，在改建工作参照本规定执行。2规范性引用文件（略）1）本标准适用于通过110（66）千伏及以上电压等级线路接入电网的新建或扩建风电场。2）通过其他电压等级接入电网的风电场，可参照本规定。220kV66kV并网点公共连接点3术语和定义3.1风电场并网点风电场升压站高压侧母线或节点。3.2公共连接点用户接入公用电网的连接处。行标：风电场并网点和电网连接的第一落点。3术语和定义3.3风电场有功功率3.4风电场无功功率3.5风电机组低电压穿越当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，风电机组能够保证不脱网连续运行。4风电场有功功率4.1基本要求风电场具有功功率调节能力，能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对风电场有功功率的控制，风电场需安装有功功率控制系统，能够接收并自动执行调度部门远方发送的有功出力控制信号，确保风电场最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值。4.2有功功率变化限值风电场装机容量(MW)10min最大变化量(MW)1min最大变化量(MW)3020（10）6（3）30-150装机容量/1.5（3）装机容量/5（10）150100（50）30（15）行标：宜控制风电场每分钟有功功率变化率不超过2%～5%。在风电场并网以及风速增长过程中，风电场功率变化率应当满足此要求。这也适用于风电场的正常停机，但可以接受因风速降低（或超出最大风速）而引起的超出最大变化率的情况。4风电场有功功率4.3紧急控制在电网紧急情况下，风电场应根据电网调度部门的指令来控制其输出的有功功率，并保证风电场有功控制系统的快速性和可靠性。1、电网故障或特殊运行方式下要求降低风电场有功功率，以防止输电设备发生过载，确保电力系统稳定性。2、当电网频率高于50.5（50.2）Hz时，依据电网调度部门指令降低风电场有功功率，严重情况下可以切除整个风电场。3、在事故情况下，若风电场的运行危及电网安全稳定，电网调度部门有权暂时将风电场解列。事故处理完毕，电网恢复正常运行状态后，应尽快恢复风电场的并网运行。5风电场功率预测（新）1）风电场应建立风电功率预报系统，系统具有24～48小时短期风功率预测和15分钟～4小时超短期风功率预测功能。2）风电场预报系统建设要求如下：向电网调度部门滚动上报未来15分钟～4小时风电场发电功率预测曲线（15分钟分辨率）。按规定时间上报次日0～24小时发电功率预测曲线（15分钟分辨率）。行标：建立风电出力预测曲线，包含风电场出力、风电场出力变化的速率（分钟级）；并提出预测误差不大于30％，以及准确率的要求。6风电场无功功率行标：1）风电场应具备协调控制机组无功和无功补偿装置的能力，配置无功电压控制系统，能够自动快速调整无功总功率，在公共电网电压处于正常范围内时，能控制并网点电压在额定电压的－3％～＋7％。必要时，可集中加装动态无功补偿。2）风电场无功容量应按照分层分区基本平衡的原则进行配置，风电场需配置的无功容量范围在满足上述要求下，通过风电场接入电网专题研究来确定。6.1无功电源1、风电场的无功电源包括风电机组和风电场的无功补偿装置。2、风电场首先充分利用风电机组的无功容量及其调节能力，仅靠风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要的，在风电场集中加装无功补偿装置。6.2无功容量（新）1、风电场的无功容量应按照分层分区基本平衡的原则进行配置和运行，并具有自动、灵活的无功调节能力与检修备用。2、对于直接接入公共电网的风电场，其配置的无功容量能够补偿并网点以下汇集系统及主变压器的无功损耗外，还要能够补偿风电场满发时送出线路一半的无功损耗；其配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路一半的充电功率。6风电场无功功率6.2无功容量（新）3、对于通过220kV（或330kV）汇集系统升压至500kV（或750kV）电压等级接入公共电网的风电场群，其风电场配置的容性无功容量除能够并网点以下风电场汇集系统及主变无功损耗外，还要能够补偿风电场满发时送出线路的全部无功损耗；其风电场配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路的全部充电功率。4、风电场无功配置与电网强度、送出线路长度和装机规模密切相关，风电场的无功配置宜结合每个风电场的实际接入情况专题研究确定。7风电场电压7.1电压运行范围（新）当风电场并网点的电压偏差在其额定电压的－10％～＋10％之间时，风电场内的风电机组应能正常运行。当风电场并网点电压偏差超过＋10％时，风电场的运行状态由风电场所选用风电机组的性能确定。7.2电压控制要求1、风电场应配置无功电压控制系统；根据电网调度部门指令，风电场通过其无功电压控制系统自动调节整个风电场发出（或吸收）的无功功率，实现对并网点电压的控制，其调节速度应能满足电网电压调节的要求。2、当公共电网电压处于正常范围时，风电场应当能够控制风电场并网点电压在额定电压的－97％～＋107％范围内。3、风电场变电站的主变压器应采用有载调压变压器。风电场具有通过调整变电站主变分接头控制场内电压的能力，确保场内风电机组在条款7.1所规定的条件下能够正常运行。依据：GB/T12325-2008《电能质量供电电压偏差》，提出当风电场并网点的电压偏差在－10％～＋10％之间时，风电场内的风电机组应能正常运行。8风电场（机组）低电压穿越提出的原因如果并网的风电机组不具备低电压穿越能力，电网故障时风电机组的大规模脱网将导致系统频率的大幅波动。在事故状态下，电网需要强有力的电源支撑，但是目前的风电机组出于保护自身的需要会提前退出运行，使电网承受第二次冲击，导致事故扩大。比如：吉林电网曾经发生过在相邻线路故障时，风电机组由于并网点电压瞬时降低后大规模脱网，造成系统频率大幅度波动的情况。2008年4月9日，吉林省白城地区为大风、小雨天气，5：07白城变66kV相间故障，开关三相跳闸且重合成功。此次线路故障导致同发风电场（出力223MW）及大唐洮南风电场（出力55MW）风机全部脱网。省调联络线ACE越限